在接下來(lái)的幾篇文章中，我準備討論一下制藥行業(yè)中與粉體表征有關(guān)的一些最廣泛的問(wèn)題。隨著(zhù)生產(chǎn)受到日益嚴格的監管，我將探究該行業(yè)是否有相應的粉體表征工具以接受新挑戰。然而，在我開(kāi)始考慮這些大問(wèn)題之前，我想要先討論一個(gè)實(shí)用的主題：料斗設計。料斗設計顯然是一種非常特殊的應用，但是，對于許多設計者而言，相關(guān)聯(lián)的剪切測試方法才是其首要考慮因素，然而對于一些設計者，這將是進(jìn)入粉體表征世界的橋梁。
對許多粉體加工商而言，將粉體以可控的速率從料斗中穩定地流出一直是一個(gè)問(wèn)題。經(jīng)常遇到的問(wèn)題包括：不規則流動(dòng)、堵塞、溢出 (敞流)、分層、漏斗狀流動(dòng)和鼠孔 (經(jīng)料斗中心流出，但有滯留外層)。成功的料斗操作依賴(lài)于在制品與料斗某些屬性之間的有效匹配，其中料斗屬性包括：結構材料、半角 (料斗壁斜面陡度) 以及出口尺寸。易流的材料、更陡峭的半角和更大的出口尺寸都有助于促進(jìn)流動(dòng)。
圖1 - 料斗參數
Jenike在20世紀60年代開(kāi)發(fā)的料斗設計方法現今依然是標準。對其進(jìn)行詳細的討論顯然超出本文的范疇，概括地說(shuō)，它依賴(lài)于計算兩個(gè)參數：流動(dòng)函數 (FF) 和流動(dòng)因數 (ff)。FF僅與粉體剪切強度有關(guān)，可由剪切盒測試確定；而ff還與料斗特性--結構材料和形狀有關(guān)。料斗半角和出口尺寸可在這兩個(gè)參數的基礎上計算得到。
圖2 - 流動(dòng)函數和流動(dòng)因數圖
由于這些方法，許多人都認為料斗設計是在粉體處理中是一個(gè)有保障的環(huán)節，相對而言，它可能是這樣。然而，操作方面的問(wèn)題卻很常見(jiàn)，許多公司料斗規格的確定都是一項外包的專(zhuān)家任務(wù)。為什么會(huì )這樣？為什么即使有了定義的方法，所謂穩健的料斗設計仍然具有挑戰性？
Jenike方法所得到的結果是，對于相同的粉末，如果一個(gè)料斗的結構材料、形狀或半角不同于另一個(gè)料斗，可能就需要不同的出口尺寸才能實(shí)現相同的質(zhì)量流。同樣重要的是，對于一種粉體適用的料斗，使用另一種替代的材料可能就不成功。這幾點(diǎn)都是相對公認的，但是，不太為人所熟知的是，僅僅是生產(chǎn)條件的變化便可能使FF和ff改變并因此導致的料斗參數改變。例如，如果在相對濕度較高的狀態(tài)時(shí)填充料斗，卸料就可能受到影響?；蛘?，如果料斗中的粉體出現分層的趨勢，因此實(shí)際設計可能需要應對各種不同的粉體--包括一些細顆粒材料和一些粗顆粒材料。
該分析表明，結合料斗設計和相關(guān)的內部測試是非常有利的。內部能力使工程師們更易全面地審視運行可能需要的條件，并使故障排除團隊能夠了解問(wèn)題的根本原因。這些阻礙都是為了掌握必要的專(zhuān)業(yè)知識，但還需要能夠提供幫助的工具。自動(dòng)化剪切測試加上富瑞曼科技所提供的料斗設計軟件，可引導用戶(hù)完成料斗設計過(guò)程，從初始分析一直到數值計算中的每一步。使用這類(lèi)工具將幫助粉體加工商充分利用現有的料斗，并滿(mǎn)懷信心地確定穩健的新規格。
作者簡(jiǎn)介:
Tim Freeman，富瑞曼科技有限公司總經(jīng)理
Tim Freeman是粉體表征公司富瑞曼科技有限公司的總經(jīng)理，他自20世紀90年代末便效力于該公司。他在FT4粉體流變儀®和通用型粉體測試儀的設計和持續發(fā)展方面發(fā)揮了重要作用。Tim與各專(zhuān)業(yè)機構合作并參與行業(yè)活動(dòng)，對促進(jìn)粉體加工領(lǐng)域的發(fā)展做出了杰出貢獻。
Tim擁有英國薩塞克斯大學(xué)的機電一體化學(xué)位。他是美國結構化有機微粒系統工程研究中心 (Engineering Research Center for Structured Organic Particulate Systems) 許多項目組的導師，并經(jīng)常組織粉體表征和加工領(lǐng)域的行業(yè)會(huì )議。作為美國藥學(xué)科學(xué)家協(xié)會(huì ) (AAPS) 的"過(guò)程分析技術(shù)"焦點(diǎn)小組的前任主席，Tim是制藥技術(shù)編輯顧問(wèn)委員會(huì )的成員，以及《歐洲藥物評論》雜志的行業(yè)專(zhuān)家組成員。Tim還是化學(xué)工程師學(xué)會(huì )"顆粒技術(shù)"特別興趣小組的委員會(huì )成員、ASTM負責粉體和散裝固體的特性和處理的D18.24小組委員會(huì )副主席，以及美國藥典 (USP) 通論-物理分析專(zhuān)家委員會(huì ) (GC-PA EC) 的成員。
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